Calculo hidrosanitario y planta de tratamiento de aguas residuales domesticas de la urbanización Villa Hanna

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(1)CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. PRESENTADO POR: KATERINE HERRERA LOPEZ ID: 000155269 DAYRO FERNANDO SERRANO GOMEZ ID: 000153430 ELVER JAIR PABON AGUILAR ID: 000097636. CORPORACION UNIVERSITARIA MINUTO DE DIOS FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA: INGENIERIA CIVIL REGIONAL GIRARDOT 2016 TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 1.

(2) CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. PRESENTADO POR: KATERINE HERRERA LOPEZ ID: 000155269 DAYRO FERNANDO SERRANO GOMEZ ID: 000153430 ELVER JAIR PABON AGUILAR ID: 000097636. DIRECTORA DEL PROGRAMA: ING LORENA ECHAVEZ. Trabajo de grado como requisito para optar al título de: INGENIERO CIVIL. CORPORACION UNIVERSITARIA MINUTO DE DIOS FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA: INGENIERIA CIVIL REGIONAL GIRARDOT 2016 TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 2.

(3) AGRADECIMIENTOS A Dios y mi familia por el apoyo prestado, por la educación dada, los valores y virtudes que van a hacer de mi persona un gran profesional. A los docentes que me guiaron y apoyaron en mis estudios, especialmente al ING. ANDRES VERA, por su excelente orientación en el área y la motivación para superarnos como persona y como profesionales. A mis compañeros de carrera por la amistad y ayuda prestada durante la formación académica profesional.. 3. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA.

(4) Contenido INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 11 1.. JUSTIFICACION ............................................................................................. 12. 2.. OBJETIVOS.................................................................................................... 13 2.1. GENERAL................................................................................................. 13 2.2. ESPECIFICOS .......................................................................................... 13. 3.. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 14 3.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ............................................................ 14 3.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .......................................................... 14 4.. MARCO TEORICO ................................................................................... 15. 4.1. EL SISTEMA DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE ...... 15 4.1.1. Red principal o Matriz......................................................................... 15 4.1.2. Red Secundaria.................................................................................. 15 4.1.3. Red Terciaria o Menor........................................................................ 15 4.1.4. Conexión Domiciliaria ......................................................................... 16 4.1.5. Trazado de la Red .............................................................................. 16 4.1.6. Zonas de Presiones ........................................................................... 18 4.1.7. Sectorización de la Red ..................................................................... 18 4.1.8. Especificaciones de Diseño ............................................................... 19 4.1.8.1.. Periodo de Diseño .......................................................................... 19. 4.1.8.2.. Caudal de Diseño ........................................................................... 20. 4.1.8.3.. Presiones Extremas y de Servicio .................................................. 20. 4.1.8.4.. Diámetros Mínimos ......................................................................... 21. 4.1.8.5.. Velocidad de Diseño ....................................................................... 21. 4.1.8.6.. Profundidad de las Tuberías ........................................................... 21. 4.1.8.7.. Pendiente de la Tubería .................................................................. 21. 4.1.8.8.. Distancias Mínimas a Ductos de Otros Servicios Públicos ............. 22. 4.1.8.9.. Accesorios ...................................................................................... 23. 4.1.8.9.1.. Válvulas de Corte ........................................................................ 23. 4.1.8.9.2.. Válvulas de Purga ........................................................................ 24. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 4.

(5) 4.1.8.9.3.. Válvula de Ventosa ...................................................................... 24. 4.1.9. HIDRANTES ...................................................................................... 24 4.1.10. 4.1.10.1. 4.1.11.. Calidad del Agua en la Red de Distribución .................................... 25 Transporte en Tuberías ............................................................... 25 Conexiones Domiciliarias ................................................................ 26. 4.2. ALCANTARILLADO .................................................................................. 28 4.2.1. Sistemas de Alcantarillados ............................................................... 29 4.2.2. Clasificación de las Tuberías ............................................................. 31 4.2.3. Otros Elementos del Alcantarillado .................................................... 31 4.2.4. Unión de Colectores ........................................................................... 31 4.2.5. Cámaras de Caída ............................................................................. 33 4.2.6. Normas Generales de Diseño para Alcantarillados ............................ 36 4.2.6.1.. Localización de las Tuberías........................................................... 36. 4.2.6.2.. Profundidad Mínima a la Clave de la Tubería ................................. 37. 4.2.6.3.. Periodo de Diseño .......................................................................... 37. 4.2.6.4.. Calculo Hidráulico de la Tubería ..................................................... 37. 4.2.6.5.. Ecuación de Calculo ....................................................................... 38. 4.2.6.6.. Coeficiente de Rugosidad de Manning ........................................... 39. 4.2.6.7.. Caudal de Aguas Residuales Domesticas ...................................... 40. 4.2.6.8.. Coeficiente de Retorno ................................................................... 41. 4.2.6.9.. Densidad de Población ................................................................... 41. 4.2.6.10.. Caudal de Aguas Residuales Industriales (QI) ............................ 41. 4.2.6.11.. Caudal de Aguas Residuales Comerciales (QC) .......................... 42. 4.2.6.12.. Caudal de Agua Residual Institucional (QIN) ................................ 42. 4.2.6.13.. Caudal de Infiltración (QINF) ......................................................... 43. 4.2.6.14.. Caudal de Conexiones Erradas (QCE) ......................................... 43. 4.3. SISTEMAS ANAEROBIOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 43 4.3.1. Unidades del Sistema Anaerobio ....................................................... 46 4.3.1.1.. Tanque Imhoff ................................................................................. 46. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 5.

(6) 4.3.1.2.. Tanque Séptico ............................................................................... 47. 4.3.1.3.. Proceso Anaerobio de Contacto ..................................................... 48. 4.3.1.4.. Proceso Ascensional de Manto de Lodos Anaerobio ...................... 49. 4.3.1.5.. Filtro Anaerobio de Flujo en Descenso ........................................... 49. 4.3.1.6.. Reactor Anaerobio de Pantallas ..................................................... 50. 4.3.2. Control y Monitoreo ............................................................................ 51 4.3.3. Ventajas ............................................................................................. 51 4.3.4. DESVENTAJAS ................................................................................. 52 4.4. SISTEMAS AEROBIOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 52 4.4.1. Aireación ............................................................................................ 52 4.4.2. Equipos de Aireación ......................................................................... 53 4.4.3. Tipos de Sistemas Aerobios de Tratamiento de Aguas Residuales ... 53 4.4.3.1. 4.4.3.1.1.. Lodos Activados.............................................................................. 53 Sistema Convencional de Lodos Activados ................................. 54. 4.4.3.2.. Control Operativo ............................................................................ 56. 4.4.3.3.. Zanjas de Oxidación ....................................................................... 56. 4.4.3.4.. Lagunas Aireadas ........................................................................... 57. 4.4.4. Ventajas ............................................................................................. 57 4.4.5. Desventajas ....................................................................................... 57 4.5. MARCO GEOGRAFICO ........................................................................... 58 4.5.1. Límites................................................................................................ 59 4.5.2. Fisiografía .......................................................................................... 59 4.5.3. Climatología ....................................................................................... 59 4.5.4. Hidrografía ......................................................................................... 59 4.5.5. Pluviometría ....................................................................................... 60 4.6. MARCO CONCEPTUAL ........................................................................... 60 5.. RECURSOS ................................................................................................... 62. 6.. NORMATIVIDAD DE DISEÑO........................................................................ 63. 7.. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO. ................................................................. 63 7.1. DISPONIBILIDAD DE LAS REDES DE SERVICIO PÚBLICO. ................ 64. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 6.

(7) 8.. DESARROLLO DE LA PROPUESTA ............................................................. 64 8.1. RED DE DISTRIBUCION DE AGUA POTABLE ....................................... 64 8.1.1. Determinación del Nivel de Complejidad ............................................ 64 8.1.2. Determinación de la Dotación Neta por Habitante ............................. 65 8.1.3. Dotación Bruta ................................................................................... 66 8.1.4. Caudal Medio Diario ........................................................................... 67 8.1.5. Caudal Máximo Diario ........................................................................ 67 8.1.6. Caudal Máximo Horario ...................................................................... 68 8.1.7. Caudal de Incendios........................................................................... 68 8.1.8. Caudal de Diseño de la Red .............................................................. 69 8.1.9. Modelación Hidráulica de la Red ........................................................ 69 8.1.9.1.. Resultados de la Modelación Hidráulica de la Red ......................... 72. 8.2. RED DE ALCANTARILLADO ................................................................... 81 8.2.1. Caudal de Aguas Residuales Domesticas (QD).................................. 81 8.2.2. Caudal Industrial (QI).......................................................................... 82 8.2.3. Caudal Comercial (QC) ....................................................................... 82 8.2.4. Caudal Institucional (QIN) ................................................................... 82 8.2.5. Caudal Medio Diario de Aguas Residuales (QMD) .............................. 82 8.2.6. Conexiones Erradas (QCE) ................................................................. 83 8.2.7. Caudal de Infiltración (QINF)................................................................ 83 8.2.8. Caudal Máximo Horario (QMH) ............................................................ 83 8.2.9. Factor de Mayoración (F) ................................................................... 84 8.2.10.. Caudal de Diseño (QDT) .................................................................. 84. 8.2.11.. Calculo Hidráulico de la Red de Alcantarillado Sanitario ................ 84. 8.3. PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ........................ 91 8.3.1. Tanque de Igualación ......................................................................... 91 8.3.2. Trampa de Grasas ............................................................................. 94 8.3.3. Aireación Extendida ........................................................................... 95 8.3.4. Sedimentador ..................................................................................... 97 8.3.5. Filtro ................................................................................................... 99 TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 7.

(8) 8.3.6. COMPOSICIÓN TÍPICA DE AGUA RESIDUAL DOMÉSTICA ......... 100 9. 10.. CONCLUSIONES ......................................................................................... 105 RECOMENDACIONES .............................................................................. 106. ANEXOS .............................................................................................................. 107. INDICE DE TABLAS Tabla 1 - Presiones de Servicio Mínimas del Acueducto, Relativas al Número de Pisos de las Edificaciones Servidas. ...................................................................... 20 Tabla 2 - Diámetros Mínimos en la Red de Distribución. ....................................... 21 Tabla 3 - Diámetro del Pozo Según el Diámetro de la Tubería de Salida. ............. 32 Tabla 4 - Diámetro de la Cámara de Caída en Función del Diámetro de la Tubería de Entrada. ............................................................................................................ 34 Tabla 5 - Valores del Coeficiente de Rugosidad de Manning. ............................... 40 Tabla 6 - Contribución Industrial. ........................................................................... 42 Tabla 7 - Contribución Comercial........................................................................... 42 Tabla 8 - Contribución Institucional. ....................................................................... 43 Tabla 9 - Aportes por Infiltración en Redes de Sistemas de Recolección y Evacuación de Aguas Residuales.......................................................................... 43 Tabla 10 - Procesos Anaeróbicos de Tratamiento de Aguas Residuales y Biosolidos. ............................................................................................................. 45 Tabla 11 - Rendimiento Típico de los Procesos Anaerobios. ................................ 45 Tabla 12 - Edades de Lodos para Diseño. ............................................................. 46 Tabla 13 - Recursos............................................................................................... 62 Tabla 14 - Asignación del Nivel de Complejidad. ................................................... 65 Tabla 15 - Valores de la Dotación Neta Máxima. ................................................... 66 Tabla 16 - Coeficiente de Consumo Máximo Diario K1, Según Nivel de Complejidad. .......................................................................................................... 67 Tabla 17 - Coeficiente de Consumo Máximo Horario K2, Según el Nivel de Complejidad del Sistema y el Tipo de Red de Distribución. ................................... 68 Tabla 18 - Cartera de Nodos.................................................................................. 70 Tabla 19 - Datos de Cada Tramo de Tubería de la Red. ....................................... 71 Tabla 20 - Resultados de la Modelación Hidráulica en los Nodos de la Red de Distribución de Agua Potable. ................................................................................ 79 Tabla 21 - Resultados de la Modelación Hidráulica en los Tramos de Tubería de la Red de Distribución de Agua Potable. ................................................................... 80 Tabla 22 - Coeficiente de Retorno de Aguas Servidas Domesticas....................... 81 TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 8.

(9) Tabla 23 - Aportes Máximos Por Drenaje Domiciliario de Aguas Lluvias sin Sistema Pluvial. ..................................................................................................... 83 Tabla 24 - Calculo del Caudal Medio Diario de Cada Tramo de la Red de Alcantarillado. ........................................................................................................ 85 Tabla 25 - Calculo del Caudal de Diseño de Cada Tramo de la Red de Alcantarillado. ........................................................................................................ 86 Tabla 26 - Calculo de las Características Geométricas de Cada Tramo de la Red de Alcantarillado. ................................................................................................... 87 Tabla 27 - Calculo de las Características Hidráulicas de Cada Tramo de la Red de Alcantarillado (1). ................................................................................................... 88 Tabla 28 - Calculo de las Características Hidráulicas de Cada Tramo de la Red de Alcantarillado (2). ................................................................................................... 89 Tabla 29 - Calculo del Perfil de Cada Tramo de la Red de Alcantarillado. ............ 90 Tabla 30 - Principales Constituyentes de las Aguas Residuales a Reducir (Adaptado de Von Sperling y Chernicharo, 2005; Metcalf y Eddy, 2003). ........... 101 Tabla 31 - Características Microbiológicas de las Aguas Residuales (Von Sperling y Chernicharo, 2005). .......................................................................................... 101. INDICE DE FIGURAS Figura 1 - Reacciones Químicas de Orden Cero, Uno y Dos. ............................... 26 Figura 2 – Reacciones del Cloro Durante el Transporte en Tubería. ..................... 26 Figura 3 - Acometida Domiciliaria. ......................................................................... 28 Figura 4 - Formas Típicas de Pozos de Inspección. .............................................. 33 Figura 5 - Posibles Formas de Unión en la Cañuela del Pozo de Inspección. ....... 33 Figura 6 - Localización de las Cámaras de Caída. ................................................ 34 Figura 7 - Cámara de Caída. ................................................................................. 35 Figura 8 - Cámara de Caída Escalonada. .............................................................. 36 Figura 9 - Proceso Anaeróbico de Contacto. ......................................................... 48 Figura 10 - Lecho Fijo de Flujo en Descenso. ....................................................... 50 Figura 11 - Reactor Anaerobio de Pantallas. ......................................................... 50 Figura 12 - Proceso Convencional de Lodos Activados. ........................................ 55 Figura 13 - PTAR de Tipo, Lodos Activados. ......................................................... 55 Figura 14 - Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales con Lagunas Aireadas.57 Figura 15 - Composición del ARD........................................................................ 100. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 9.

(10) INDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1 - (a) Detalle del Hidrante (b) Localización del Hidrante. .................... 25 Ilustración 2 - Planta Urbanística del Condominio Villa Hanna. ............................. 64 Ilustración 3 - Esquema de la Red de Distribución de Agua Potable (Modelación Hidráulica en Epanet 2.0, Con Éxito). .................................................................... 72 Ilustración 4 - Velocidades en la Red de Distribución de Agua Potable. ................ 73 Ilustración 5 - Diámetros en la Red de Distribución de Agua Potable. ................... 74 Ilustración 6 - Presiones en la Red de Distribución de Agua Potable. ................... 75 Ilustración 7 - Caudales en la Red de Distribución de Agua Potable. .................... 76 Ilustración 8 - Longitudes en la Red de Distribución de Agua Potable. .................. 77 Ilustración 9 - Perdidas Unitarias en la Red de Distribución de Agua Potable. ...... 78 Ilustración 10 - Tanque de Igualación (Perfil Longitudinal). ................................... 93 Ilustración 11 - Tanque de Aireación (Perfil Longitudinal, con Detalle Anclaje de Difusores)............................................................................................................... 97 Ilustración 12 - Sedimentador (Perfil Longitudinal). ............................................... 98 Ilustración 13 - Filtro (Perfil Longitudinal). .............................................................. 99. 10. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA.

(11) INTRODUCCIÓN Los sistemas básicos y necesarios más importantes en una población, son los sistemas de Alcantarillado de aguas residual, como también el sistema de distribución de agua potable, ya que con estos servicios se pueden evitar en un futuro problemas de salubridad y saneamiento básico, éstos pueden influir en la calidad de vida de las personas que van a vivir en éste sector del municipio. El presente proyecto tiene como fin el diseño del Alcantarillado sanitario, la PTAR y red de distribución de agua potable, para la urbanización VILLA HANNA, ubicada en el municipio de Carmen de Apicala (Tolima).Se diseñara a partir de un análisis geográfico, económico y social de la zona de influencia, para determinar su nivel de complejidad y así, determinar las necesidades del proyecto en su área específica. Este proyecto se desarrolla con base en cinco capítulos. En el capítulo 1, se evaluó el plano topográfico de la zona del proyecto para la localización de la red de acueducto, alcantarillado y PTAR. El capítulo 2, se presentara el cálculo del diseño de la red de acueducto atreves del programa del Epanet 2.0. El Capítulo 3 se realizó el cálculo de la red de alcantarillado de aguas residuales sanitarias. El Capítulo 4 se realizó el diseño de la PTAR. En el 5 Capitulo se calcularon las cantidades de obra. Para el desarrollo integral de este proyecto, se hizo necesario describir los parámetros y especificaciones que deben aplicarse para el diseño del Alcantarillado sanitario, PTAR y red de distribución de agua potable; establecidos en el Reglamento técnico del sector de agua potable y de saneamiento básico RAS 2000. Al igual que la normatividad manejada por el E.O.T (Esquema de ordenamiento territorial), del municipio de Carmen de Apicala (Tolima).. 11. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA.

(12) 1. JUSTIFICACION La urbanización VILLA HANNA, ubicada en el municipio de Carmen de Apicala (Tolima). Necesita del sistema de alcantarillado de aguas residuales, su tratamiento así como de la red de distribución de agua potable para la obtención de la licencia de construcción otorgada por la oficina de planeación municipal. Con el siguiente proyecto de grado, se promueve el diseño del alcantarillado de aguas residuales, como el diseño de la red de distribución de agua potable, el cual se realizó para ayudar a reducir al máximo los riesgos que se puedan presentar en el futuro, como lo son enfermedades o problemas de salubridad que afecten la calidad de vida de los habitantes. En este proyecto se profundizaran asignaturas pertenecientes a nuestro pensum académico como lo es topografía, mecánica fluidos, hidráulicas de canales, hidrología, hidráulicas de tuberías, acueductos, alcantarillado y plantas de tratamiento.. 12. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA.

(13) 2. OBJETIVOS 2.1. . GENERAL. Plantear las soluciones hidráulicas de agua potable y agua residual para la urbanización VILLA HANNA del municipio de Carmen de Apicala- Tolima. Con el propósito de cumplir con la normatividad vigente acerca de este tipo de diseños hidráulicos y de esta manera alcanzar la obtención de la licencia de construcción.. 2.2.. ESPECIFICOS. . Evaluar el plano topográfico. Con el propósito de trazar las redes de acueducto y alcantarillado.. . Diseñar la red hidráulica de agua potable, alcantarillado y sistema de tratamiento de agua residual. Con el fin de establecer las condiciones hidráulicas para que estos sistemas cumplan con las exigencias de la normatividad colombiana vigente. . Calcular las cantidades de obra necesarias para la construcción de las redes de alcantarillado, acueducto de la urbanización Villa Hanna del municipio del Carmen de Apicala.. 13. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA.

(14) 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3.1.. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA. Dentro de la problemática del “saneamiento básico” de comunidades, tiene importancia el suministro de agua potable y tratamiento de las aguas residuales. Cualquier población por pequeña que sea, debería contar como mínimo con los servicios de acueducto y alcantarillado, si se espera de ella un desarrollo social y económico y ante todo la reducción de las altas tasas de morbilidad y mortalidad en especial de la población infantil. La urbanización VILLA HANNA ubicado en el municipio de Carmen de Apicala (Tolima). Es una zona que no está siendo habitada, porque se iba a iniciar la construcción de viviendas unifamiliares, por consiguiente fue necesario perpetrar los respectivos diseños y las construcciones de todos los servicios públicos con los que debe contar una población, sistemas como el de Alcantarillado sanitario y red de distribución de agua potable, que les puedan brindar una mejor calidad de vida. 3.2.. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. ¿Con el diseño del sistema de abastecimiento de agua potable, del alcantarillado sanitario y su tratamiento. Se tendrán las bases técnicas y administrativas para la obtención de la licencia urbanística del proyecto VILLA HANNA ubicado en el municipio de Carmen de Apicala (Tolima).?. 14. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA.

(15) 4. MARCO TEORICO 4.1. EL SISTEMA DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE El sistema de un acueducto está constituido por diversos subsistemas (bocatomas, bombeos, plantas de purificación, tanques de almacenamiento, aducciones y conducciones), el último de los cuales es la “Red de Distribución”. Esta se define como el conjunto de tuberías cuya función es suministrar el agua potable a los consumidores de la localidad en condiciones de cantidad y calidad aceptables. La unión entre el tanque de almacenamiento y la red de distribución se hace mediante una conducción denominada “línea matriz”, la cual transporta el agua al punto o a los puntos de entrada a la red. Hace parte integral del sistema de la red de distribución, puesto que su diseño depende de las condiciones de operación de la red, tales como trazado, caudal y presiones de servicio, pero por tratarse generalmente de una conducción a presión por gravedad, sus normas y criterios de cálculo. La red de distribución puede estar conformada por los siguientes tipos de tuberías, según su función y diámetro: 4.1.1. Red principal o Matriz Es el conjunto de tuberías con diámetro nominal mayor o igual a 12” (300 mm). Es la red encargada de distribuir el agua en las diferentes zonas de la población y sobre ella se deben garantizar los caudales y presiones, según la norma exigida. No debe realizarse ninguna conexión domiciliaria a partir de la red matriz. 4.1.2. Red Secundaria Se clasifica como red secundaria al conjunto de tuberías con diámetros menores de 12” (300 mm) hasta los mayores o iguales a 4” (100 mm). Se abastecen de las tuberías principales y alimentan a las redes terciarias o menores. No deben realizar ninguna conexión domiciliaria, salvo el caso de grandes consumidores con conexiones superiores a 3” (75 mm). 4.1.3. Red Terciaria o Menor La red terciaria es alimentada por la red secundaria y es la encargada de realizar las conexiones domiciliarias. Sus diámetros son menores o iguales a 3” (75 mm) y el diámetro minimo depende del uso del agua (comercial, industrial o institucional), pero nunca deberá ser menor de 1 ½”.. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 15.

(16) 4.1.4. Conexión Domiciliaria Es la conexión que de la red menor se hace a cada predio. Su diámetro se encuentra entre ½” (12,5 mm) hasta 3” (75 mm), dependiendo del tipo de usuario. El esquema y accesorios necesarios se presentan más adelante. Los criterios de clasificación anteriores, en función del diámetro de la tubería, pueden cambiar de ciudad a ciudad, de acuerdo con la normatividad establecida. Generalmente, en poblaciones pequeñas menores de 60.000 habitantes no hay diámetros superiores a 12” (no hay red matriz), por lo que la red secundaria hará las veces de red principal. En este caso, la modelación hidráulica que garantice los caudales y presiones requeridos se hará sobre las tuberías mayores o iguales a 2”. Cuando exista red matriz (diámetros mayores o iguales a 12”), a modelación hidráulica se realiza sobre la red secundaria y la red matriz. Los materiales de las tuberías utilizadas son acero, asbesto-cemento, concreto, hierro, polivinilo de cloruro, poliéster reforzado con fibra de vidrio y polietileno de alta o baja densidad; y los diámetros comerciales dependen de las casas fabricantes, por lo cual hay que consultar los catálogos respectivo. El diámetro empleado en todo cálculo hidráulico deberá corresponder al diámetro interno real. 4.1.5. Trazado de la Red Para realizar adecuadamente el trazado de la red de distribución, deben conocerse con anterioridad las características topográficas de la población actual y futura en donde se detallen, entre otras, el perímetro urbano, las calles del municipio con toda su infraestructura vial, las áreas de desarrollo futuro, los curso de agua y la localización de otros servicios públicos, como alcantarillados, energía, telefonía y gas. Igualmente, deben conocerse las características geológicas y del subsuelo que definan zonas de falla, deslizamiento o inundación. Es necesario conocer el nivel de amenaza sísmica y el correspondiente sismo de diseño, que permita seleccionar adecuadamente el material de la tubería y el tipo de unión que resistan los esfuerzos de tensión y corte ocasionados por el sismo. 4.1.5.1. Configuración Hidráulica del Sistema Hidráulicamente, se pueden establecer redes abiertas, redes cerradas o redes mixtas. A continuación se ilustran algunos trazados típicos de redes.. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 16.

(17) a. De mayor a menor diámetro: Este esquema puede utilizarse en poblaciones pequeñas, donde por lo general no existe más de una calle principal. Tiene forma alargada e irregular. El diseño hidráulico de la tubería principal se hace como red abierta. b. En árbol: Existe un tronco principal, del cual se desprenden varias ramificaciones. El diseño hidráulico de las tuberías principales corresponde al de una red abierta. c. En parrilla: La tubería principal forma una malla en el centro de la población y de ella se desprende varios ramales. Al centro se conforma una red cerrada y perimetralmente se tienen ramales abiertos, es decir que se trata de una red mixta. d. En mallas: Es la forma más usual de trazado de redes de distribución. Se conforman varias cuadriculas o mallas alrededor de la red de relleno. Una malla estará compuesta entonces por tres o más tramos principales. Desde el punto de vista del funcionamiento hidráulico, los primeros dos tipos de redes (de mayor a menor diámetro y en el árbol) se denominan redes abiertas, las redes en mallas son redes cerradas y las redes en parrilla son redes mixtas. Es preferible la utilización de sistemas de redes cerradas o mallas, debido a la mejor distribución de presiones y caudales en la zona, velocidades menores y una mayor flexibilidad en la operación y mantenimiento del sistema. En zonas rurales o de baja densidad (menores de 30 hab/ha), es conveniente el trazado de redes abiertas por razones físicas y económicas. En general, la mayor parte de redes de distribución son sistemas complejos de redes cerradas y abiertas. Las tuberías matrices son por lo general longitudinales o abiertas y solo en sistemas de gran tamaño y extensión conforman rdes cerradas o enmalladas. El trazado de la red principal se debe hacer teniendo en cuenta una buena distribución del agua con respecto al área que se esta abasteciedo. Algunos factores determinantes son:. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 17.

(18) . Puntos de mayor consumo: se deben localizar los posibles puntos de mayor demanda, como por ejemplo industrias, comercios, hospitales y otras demandas institucionales.. . Centros de masas: deben ubicarse los puntos donde ha de concretarse la demanda anterior.. En cualquier caso, no debe proyectarse el trazado de la red periféricamente a la población, ya que esto implicaría una distribución de caudales poco eficiente y sería una condición muy costosa. Como un buen criterio empírico, se debe procurar que el área servida internamente por una malla sea aproximadamente igual al área externa correspondiente. 4.1.6. Zonas de Presiones La definición del nivel máximo en el tanque de almacenamiento es una de las decisiones fundamentales para el adecuado funcionamiento de la red de distribución. Una vez fijada esta cota, las presiones en la red se definen a partir de ella. En poblaciones con grandes desniveles altimétricos, hay que subdividir la red en varias zonas de presión, de tal manera que en cada una de las zonas se de cumplimiento a las exigencias de presión mínima y máxima, permitiendo que en los puntos altos las presiones no sean muy bajas. Conocidas las presiones máximas y mínimas, es posible delimitar las elevaciones de los usuarios que pueden ser servidos por cada zona de presión a partir de las relaciones: 4.1.7. Sectorización de la Red La sectorización de redes es un tema que día tras día ha venido cobrando mayor importancia debido a que cada vez es más urgente el empleo de tecnologías que hagan uso óptimo de los recursos naturales y que minimicen las pérdidas técnicas o comerciales. La sectorización de redes consiste en el aislamiento de una zona y su abastecimiento a través de un punto de entrada de agua al sector. Dependiendo del tamaño de la población, un sector puede ser subdividido en otro sector y así sucesivamente.. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 18.

(19) Una red sectorizada permite: . Evaluar y controlar las pérdidas técnicas y comerciales (índices de perdidas).. . Facilitar las labores de operación y mantenimiento general del sistema.. . Posibilitar la conformación de diferentes zonas de presión.. . Instalar macromedidores a la entrada y salida (si la hay) de cada sector, con lo que se verifica el correcto funcionamiento de los micromedidores.. . Agilizar el proceso de detección de fugas, conexiones clandestinas y perdidas, consiguiéndose un ahorro en los costos de operación del sistema del acueducto.. 4.1.8. Especificaciones de Diseño 4.1.8.1. Periodo de Diseño El periodo de diseño de la red de distribución depende de las características de tamaño de población y de capacidad económica del municipio para acometer la construcción de la red, su renovación, optimización o ampliación. Las redes de mayor tamaño deberán cumplir con su función de suministrar un caudal adecuado, a una presión adecuada, por un mayor número de años que una red menor, puesto que su cambio o refuerzo implica grandes inconvenientes técnicos, administrativos y afectación importante del diario vivir de la comunidad. El crecimiento de la red de distribución debe ser acorde con el plan de desarrollo de la comunidad, por lo que tiene que hacerse un planeamiento de las etapas de desarrollo de la red futura. El periodo de expansión recomendado en cada etapa es de aproximadamente diez años, aunque puede ser menor, dependiendo de las facilidades de contratación de los diseños, licitación, adjudicación y construcción del proyecto. El periodo de diseño recomendado para los diferentes tipos de redes es: . Red Matriz o Principal: el periodo de diseño final para el cálculo de la red de tuberías con diámetro superior o igual a 12” se encuentra entre 20 y 30 años.. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 19.

(20) . Red Secundaria: corresponde a los diámetros superiores o iguales a 4” y menores de 12”, y su periodo de diseño se establece entre 15 y 25 años.. . Red Terciaria: el periodo de diseño para las redes terciarias de diámetro inferior o igual a 3” se encuentra comprendido en el rango de 15 a 20 años.. 4.1.8.2. Caudal de Diseño El caudal de diseño de las redes de distribución corresponde al caudal máximo horario, aplicando los factores de mayoración. En algunos casos de ciudades intermedias es necesario diseñar con el máximo valor, resultante de comparar el caudal máximo horario con el caudal de incendios más el caudal medio diario. En este último caso, el caudal de incendio se determina de acuerdo con el número de hidrantes y su caudal unitario establecido. 4.1.8.3.. Presiones Extremas y de Servicio. La presión mínima en cualquier punto de la red matriz o red secundaria debe ser superior a diez metros por columna de agua (mca). En ciudades de gran tamaño (>60.000 habitantes) se puede exigir una presión mínima superior a 15 mca. La presión mínima se establece con referencia a la línea piezométrica dinámica en condiciones de nivel mínimo en el tanque de almacenamiento, es decir, cuando se encuentra en circulación el caudal de diseño. La presión máxima para cualquier tamaño de comunidad es de 60 mca, referida a la línea piezométrica estática en condiciones de niel máximo en el tanque de almacenamiento. La presión máxima no debe sobrepasar en ningún caso la presión de servicio de la tubería, establecida según su “clase” y material. Si existen edificaciones de mayor altura, estas deberían disponer de equipos propios para elevar el agua con la presión adecuada. Tabla 1 - Presiones de Servicio Mínimas del Acueducto, Relativas al Número de Pisos de las Edificaciones Servidas.. NUMERO DE PISOS. PRESION MINIMA (MCA). 1. 11. 2. 15. 3. 18. 4. 22. 5. 25. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 20.

(21) 4.1.8.4. Diámetros Mínimos Los diámetros de las tuberías se han definido según el tipo de red (matriz, secundaria y terciaria). A continuación se especifica el diámetro mínimo que puede ser utilizado según el tamaño y capacidad económica de la población, de acuerdo con la nomra RAS2000: Tabla 2 - Diámetros Mínimos en la Red de Distribución.. NIVEL DE COMPLEJIDAD. DIAMETRO MINIMO. Bajo. 38.1 mm. (1.5 Pulgadas). Medio. 50.0 mm. (2 Pulgadas). 100 mm. (4 Pulgadas). Zona Comercial e Industrial. 63.5 mm. (2 1/2 Pulgadas). Zona Residencial. 150 mm. (6 Pulgadas). Zona Comercial e Industrial. Medio Alto Alto. 75 mm (3 Pulgadas) Fuente: RAS 2000, Titulo B – Tabla B.7.6.. Zona Residencial. 4.1.8.5. Velocidad de Diseño Por lo general, se debe diseñar con velocidades que estén comprendidas entre 0,9 y 1,5 m/s. en zonas rurales se es más flexibles y se puede diseñar con velocidades entre 0,4 y 2,5 m/s. 4.1.8.6. Profundidad de las Tuberías La profundidad mínima de las tuberías en la red de distribución debe ser de 1,0 m, medido desde la rasante hasta la cota externa superior de la tubería. En algunos casos puede reducirse hasta 0,6 m, teniendo en cuenta que si hay tráfico vehicular, es necesario hacer un análisis estructural de la tubería. La profundidad máxima es normalmente de 1,5 m hasta la cota externa superior de la tubería. 4.1.8.7. Pendiente de la Tubería La pendiente mínima recomendada es: . 0,04%, cuando el aire se desplaza en la misma dirección del agua.. . 0,1%, cuando el aire se desplaza en dirección contraria a la del agua.. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 21.

(22) 4.1.8.8. Distancias Mínimas a Ductos de Otros Servicios Públicos Establecido el inventario de servicios públicos (alcantarillados sanitarios, pluviales, combinados, energía, teléfonos y gas domiciliarios), así como su localización en planta y perfil, se debe respetar en lo posible una distancia vertical y horizontal mínima que evite la posible contaminación del agua potable e inconvenientes en los otros servicios. La tubería del acueducto deberá estar siempre por encima de los demás ductos. En general, para poblaciones pequeñas se recomienda una distancia horizontal libre mínima de 1,0 m y vertical de 0,3 m (con excepción de la energía y teléfonos, con 0,2 m verticalmente). Para ciudades grandes, se aconseja 1,2 m mínimo de distancia horizontal libre (con excepción de alcantarillados sanitarios o combinados con 1,5 m horizontalmente) y 0,5 m mínimo de distancia vertical libre. El caso de los alcantarillados sanitarios es de particular importancia, puesto que la posible contaminación del agua potable con aguas residuales causaría graves problemas de salud en la población. Se recomienda que las tuberías del acueducto se ubiquen sobre el andén norte u oriental de la vía y la tubería del alcantarillado sanitario, en el costado opuesto de la vía.. Fuente: López Cualla Ricardo- elementos de diseño para acueductos y alcantarillados 2ª- edición. Cuando físicamente sea imposible cumplir con las exigencias de distancias mínimas, se debe revestir exteriormente la tubería del acueducto a lo largo de la zona del problema. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 22.

(23) 4.1.8.9. Accesorios Los accesorios de una red de distribución incluyen las uniones, codos, tés, reducciones, válvulas, anclajes, entre otros. 4.1.8.9.1. Válvulas de Corte Se deben colocar válvulas de corte (compuerta o mariposa) a lo largo de la red, con el fin de poder aislar sectores en caso de rotura de las tuberías o de incendio, y seguir suministrando el agua al resto de la población. El criterio general para la distribución de válvulas de corte es colocar el menor número de válvulas, de tal manera que al ser operadas afecten al menor número posible de usuarios. La forma como se dispongan las válvulas dentro de la red no es estándar e influye grandemente en el presupuesto del proyecto, ya que se trata de un gran número de válvulas de un tamaño relativamente grande. El criterio para su colocación depende también del tipo de red (matriz, secundaria o terciaria). En redes matrices, las válvulas de corte deben colocarse mínimo cada 1.500 m y en todo cambio de diámetro sobre la tubería de diámetro menor. En las redes menores (mayores números de tuberías y válvulas): . En poblaciones pequeñas, donde no hay red matriz, se podría pensar en la situación extrema de colocar una sola válvula a la entrada al sistema que aislara toda la red.. . Se debe colocar una válvula en el punto de interconexión con la red principal o matriz.. . En el interior de la red pueden aplicarse diversos criterios, según las restricciones económicas del proyecto:. . -. Aislar un máximo de dos tramos mediante el cierre de cuatro válvulas, como máximo.. -. Aislar un sector o zona constituida por un número máximo de seis manzanas.. Tuberías de diámetro superior o igual a 6” deben tener válvulas mínimo cada 500 m.. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 23.

(24) . Todo cambio de diámetro debe tener una válvula sobre la tubería de diámetro menor.. 4.1.8.9.2. Válvulas de Purga Se deben colocar válvulas de purga en todos los puntos bajos de la red, descargando al sistema de alcantarillado. En tuberías principales, el diámetro de la purga se determina de acuerdo con el tiempo de vaciado de la tubería especificado por la empresa prestadora del servicio. Por ejemplo, para diámetros superiores o iguales a 48” (1,22 m) debe ser máximo de diez horas. En redes menores, el diámetro de la purga puede estar entre 1/3 y 1/4 del diámetro dela tubería de la red, teniendo como mínimo el valor de 3” (75 mm). Para tuberías menores de 3”, el diámetro de la purga es igual al diámetro de la tubería en la red. 4.1.8.9.3. Válvula de Ventosa Las válvulas de ventosa deben instalarse en todos los puntos altos de la red para permitir la remoción de aire. Pueden ser de acción simple o de doble acción. El diámetro de las válvulas en las redes menores (secundarias y terciarias) es normalmente de 1” (25 mm) a 2” (50 mm). 4.1.9. HIDRANTES El hidrante es el accesorio utilizado para obtener el caudal de agua a la presión requerida, con el fin de atender un incendio. Cada hidrante lleva una válvula de corte para aislarlo de la red de distribución. En general, el diámetro mínimo del hidrante es de 3” (75 mm) y la distancia máxima entre hidrantes es de 300 m. En zonas comerciales, industriales o residenciales de alta densidad, el diámetro mínimo es de 4” (100 mm) y su distanciamiento depende del tamaño y capacidad económica de la población, de tal manera que, por ejemplo, zonas de alto valor comercial tienen una distancia máxima de 100 m y en zonas con edificaciones multifamiliares se deben colocar máximo cada 150 m. Debe darse particular importancia en la protección de instituciones como hospitales, escuelas o colegios, así como edificaciones públicas.. 24. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA.

(25) Ilustración 1 - (a) Detalle del Hidrante (b) Localización del Hidrante.. Fuente: López Cualla Ricardo- elementos de diseño para acueductos y alcantarillados 2ª- edición .. 4.1.10. Calidad del Agua en la Red de Distribución Se puede analizar la concentración de diferentes químicos, hacer el seguimiento de trazas y determinar su decaimiento. Una aplicación muy importante en los sistemas es modelar la concentración de cloro residual en la red, así como el efecto que el tanque y las características de operación hidráulica pueden tener sobre este. 4.1.10.1. Transporte en Tuberías Los desinfectantes son los constituyentes que se modelan más frecuentemente en las redes de distribución. Dichas sustancias son no conservativas, es decir, que su concentración decae con el tiempo. La forma de decaimiento está caracterizada por el orden de la reacción. Las reacciones químicas del cloro se representan por reacciones de primer orden. 25. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA.

(26) Figura 1 - Reacciones Químicas de Orden Cero, Uno y Dos.. Fuente: López Cualla Ricardo- elementos de diseño para acueductos y alcantarillados 2ª- edición. En la figura Nº2 se muestran las reacciones que el cloro (elemento más común en nuestro medio para la desinfección) puede tener a lo largo de la tubería. El cloro reacciona en el agua con la materia orgánica presente, en tanto que en las paredes ocurren reacciones de oxidación con la película biológica y con el material propio de la tubería, causando corrosión. Figura 2 – Reacciones del Cloro Durante el Transporte en Tubería.. Fuente: López Cualla Ricardo- elementos de diseño para acueductos y alcantarillados 2ª- edición. El cambio en la concentración de cloro en una tubería es función de la longitud y del tiempo. 4.1.11. Conexiones Domiciliarias Las conexiones domiciliarias se hacen a partir de la red terciaria mediante una tubería denominada “acometida”, que puede ser individual o conjunta. Excepcionalmente se puede permitir la conexión de grandes consumidores a partir de la red secundaria. Consiste en una serie de elementos que permiten derivar el TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 26.

(27) agua dese a red hacia el domicilio hasta la caja en donde se encuentra el medidor. De este punto en adelante, todas las obras son propiedad del dueño del predio. Las acometidas conjuntas solo se permiten en zonas de baja capacidad económica y para predios unifamiliares con un máximo de 6 m de frente, en donde se puede permitir la acometida conjunta hasta un máximo de cuatro medidores. El material de la tubería usado en la acometida debe ser flexible, generalmente de cobre, polietileno de alta o baja densidad, y en acometidas de diámetro mayor o igual a 2” (50 mm) se puede usar en PVC. En todo caso, la tubería debe cumplir los requerimientos de presión del sistema y su diámetro mínimo es de ½” (13 mm). El sistema indicado en la figura Nº3 comienza con un collar de incorporación o galápago montado sobre la tubería de la red; a continuación se encuentra el registro de incorporación necesario para hacer la instalación en tuberías que se encuentran a presión, el cual debe insertarse en la tubería con herramienta especializada. Posteriormente, se encuentra el registro de corte que se utiliza cuando hay necesidad de suspender el servicio por falta de pago. Por último, se encuentra el medidor de agua, que puede ser: . Medidor mecánico -.   . Medidores volumétricos Medidores de velocidad. Magnético Ultrasonido De hélice Woltman. Los medidores más comunes son los medidores mecánicos, utilizados para acometidas con diámetros entre ½” (13 mm) y 1½” (38 mm). El medidor de velocidad es de menor sensibilidad que el volumétrico y también de menor costo.. 27. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA.

(28) Figura 3 - Acometida Domiciliaria.. Fuente: López Cualla Ricardo- elementos de diseño para acueductos y alcantarillados 2ª- edición. Los medidores magnéticos, de ultrasonido o de hélice Woltman son utilizados en acometidas de diámetros superiores o iguales a 2” (50 mm), en donde se requiere una mayor precisión en la edición desde el rango de caudal mínimo hasta el máximo. 4.2. ALCANTARILLADO El sistema de alcantarillado consiste en una serie de tuberías y obras complementarias, necesarias para recibir y evacuar las aguas residuales de la población y la escorrentía superficial producida por la lluvia. De no existir estas redes de recolección de aguas, se pondría en grave peligro la salud de las personas debido al riesgo de enfermedades epidemiológicas y, además, se causarían importantes pérdidas materiales. Las aguas residuales pueden tener varios orígenes: . Aguas Residuales Domesticas: son aquellas provenientes de inodoros, lavaderos, cocinas y otros elementos domésticos. Estas aguas están compuestas por solidos suspendidos (generalmente materia orgánica biodegradable), solidos sedimentables (principalmente materia orgánica), nutrientes (nitrógeno y fósforo) y organismos patógenos.. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 28.

(29) . Aguas Residuales Industriales: se originan de los desechos de procesos industriales o manufacturados y, debido a su naturaleza, pueden contener, además de los componentes citados anteriormente respecto a las aguas domésticas, elementos tóxicos tales como plomo, mercurio, níquel, cobre y otros, que requieren ser removidos en vez de ser vertidos al sistema de alcantarillado.. . Aguas Lluvias: provienen de la precipitación pluvial y, debido a su efecto de lavado sobre tejados, calles y suelos, pueden contener una gran cantidad de solidos suspendidos; en zonas de alta contaminación atmosférica, pueden contener algunos metales pesados y otros elementos químicos.. 4.2.1. Sistemas de Alcantarillados Los sistemas de alcantarillado pueden ser de dos tipos: convencionales o no convencionales. En general, los convencionales han sido ampliamente utilizados, estudiados y estandarizados. Son sistemas con tuberías de grandes diámetros que permiten una gran flexibilidad en la operación del sistema, necesaria debido en muchos casos a la incertidumbre en los parámetros que definen el caudal: densidad de población y su estimación futura, a un sistema de mantenimiento inadecuado o insuficiente, que conlleva una mayor exigencia de las normas y, por tanto, unos costos mayores. Los sistemas no convencionales surgen como respuesta de saneamiento básico de poblaciones con recurso económicos limitados, pero son sistemas poco flexibles que requieren un mayor definición y control de los caudales, de un mantenimiento intensivo y, más importante aunque la parte tecnológica, necesitan una cultura de la comunidad que acepte y controle el sistema dentro de las limitaciones que estos pueden tener. Los sistemas de alcantarillado convencionales se clasifican así, según el tipo de agua que conduzcan: . Alcantarillado Separado: un sistema de alcantarillado separado es aquel en el cual se independiza la evacuación de las aguas residuales y las lluvias se tiene entonces: -. -. Alcantarillado sanitario: es el sistema de recolección diseñado para recolectar exclusivamente las aguas residuales domesticas e industriales. Alcantarillado pluvial: es el sistema de evacuación de la escorrentía superficial producida por la precipitación.. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 29.

(30) . Alcantarillado Combinado: es un alcantarillado que conduce simultáneamente las aguas residuales (domesticas e industriales) y las aguas lluvias.. Los sistemas de alcantarillados no convencionales se clasifican según el tipo de tecnología aplicada y en general se limitan a la evacuación de las aguas residuales. . . . Alcantarillado Simplificado: un sistema de alcantarillado sanitario simplificado se diseña con los mismos lineamientos de un alcantarillado convencional, pero teniendo en cuenta la posibilidad de reducir diámetros y disminuir distanciadas entre pozos al disponer de mejores equipos de mantenimiento. Alcantarillado Condominiales: son los alcantarillados que recogen las aguas residuales de un pequeño grupo de viviendas (< 1 hectárea) y las conducen a un sistema de alcantarillado. Alcantarillado sin arrastre de solidos: También conocidos como alcantarillados a presión, son sistemas en los cuales se eliminan os solidos de los efluentes de la vivienda por medio de un tanque interceptor. El agua es transportada luego a una planta de tratamiento o sistema de alcantarillado convencional a través de tuberías de diámetro (por ejemplo, 2”) que no tienen que seguir un gradiente de energía uniforme y que, por tanto, pueden trabajar a presión en algunos tramos.. El tipo de alcantarillado que se ha de usar depende de las características de tamaño, topografía y condiciones económicas del proyecto. Por ejemplo, en algunas localidades pequeñas, con determinadas condiciones topográficas, se podría pensar en un sistema de alcantarillado sanitario inicial, dejando correr las aguas lluvias por las calzadas de las calles. La anterior condición permite aplazar la construcción del sistema de alcantarillado pluvial hasta que el problema delas aguas lluvias sea de alguna consideración. Unir las aguas residuales con las aguas lluvias, es decir, un alcantarillado combinado, es una solución económica inicial desde el punto de vista de la recolección, pero no lo será tanto cuando se piense en la solución global de saneamiento que incluye la planta de tratamiento de aguas residuales, ya que este caudal combinado es muy variable en cantidad y calidad, lo cual genera perjuicios en los procesos, una solución separada al problema de la conducción de aguas residuales y aguas lluvias.. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 30.

(31) 4.2.2. Clasificación de las Tuberías     . . Laterales o Iniciales: reciben únicamente los desagües provenientes de los domicilios. Secundarios: reciben el caudal de dos o más tuberías iniciales. Colector Secundario: recibe el desagüe de dos o más tuberías secundarias. Colector Principal: capta el caudal de dos o más colectores secundarios. Emisario Final: conduce todo el caudal de aguas residuales o lluvias a su punto de entrega, que puede ser una planta de tratamiento o un vertimiento a un cuerpo de agua, como un rio, un lago o el mar. Interceptor: es un colector colocado paralelamente a un rio o canal.. 4.2.3. Otros Elementos del Alcantarillado La red del alcantarillado, además de los colectores o tuberías, está constituida por otras estructuras hidráulicas diseñadas para permitir el correcto funcionamiento del sistema. Entre otros, se pueden mencionar las siguientes:      . Pozos de inspección Cámaras de caída Aliviaderos frontales o laterales Sifones invertidos Sumideros y rejillas Conexiones domiciliarias. 4.2.4. Unión de Colectores La unión de tramos de la red del alcantarillado se realiza mediante estructuras denominadas pozos de unión o pozos de inspección, que permiten el cambio de dirección en el alineamiento horizontal o vertical, el cambio de diámetro o sección, y las labores de inspección, limpieza y mantenimiento general del sistema. La distancia máxima permitida ente pozos depende del tipo de maquinaria utilizada para el mantenimiento del alcantarillado. Si el mantenimiento es manual, la distancia máxima se limita a 100 m o 120 m, mientras que si el mantenimiento se realiza por medios mecánicos o hidráulicos, la distancia máxima permitida es del orden de 200 m. en el emisario final, debido al hecho de que en el trayecto no puede existir adición de caudales, la distancia máxima entre pozos es de 300 m.. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 31.

(32) Es posible realizar cambios de dirección mediante curvas de gran radio (especialmente en el emisario final), aprovechando la deflexión máxima permitida entre la campana y el espigo de la tubería. En estos casos deberá existir un pozo a la entrada y salida dela curva y los pozos intermedios necesarios, según la distancia máxima permitida entre ellos y el radio de la curva. El pozo puede construirse en mampostería o concreto, en el sitio o prefabricado, y sus dimensiones están ya estandarizadas, por lo general. Tiene diversa formas geométricas, según se ilustra en la figura XX y consta generalmente de los siguientes elementos: . . Tapa de Acceso: tiene como fin permitir el acceso para la realización de las labores de limpieza y mantenimiento general de las tuberías, así como proveer al sistema de una adecuada ventilación, para lo cual tiene varios orificios. Su diámetro es generalmente de 60 cm y puede ser en hierro fundido o concreto. Cilindro: es el cuerpo principal del pozo de una altura variable, según la profundidad un espesor de 20 cm y puede alcanzar profundidades normales de hasta 4 m. El diámetro del cilindro ha de ser mínimo de 1,20 m y depende del diámetro de la tubería de salida, según se indica en la Tabla Nº3. Sin embargo, debe comprobarse geométricamente el empalme de las tuberías y el pozo con el objeto de evitar que se traslape una sobre otra. Tabla 3 - Diámetro del Pozo Según el Diámetro de la Tubería de Salida.. . DIAMETRO DE LA TUBERIA DE SALIDA. DIAMETRO DEL POZO. 8" - 24" (200 mm - 600 mm). 1,20 m. 26" - 30" (660 mm - 760 mm). 1,50 m. 32" - 36" (800 mm - 900 mm). 1,80 m. Reducción Cónica: elemento ubicado entre la tapa y el cilindro, que permite la conexión estructural de estos elementos de diámetro diferente. En la figura Nº4 se presentan diversas formas de conexión.. 32. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA.

(33) Figura 4 - Formas Típicas de Pozos de Inspección.. Fuente: López Cualla Ricardo- elementos de diseño para acueductos y alcantarillados 2ª- edición. . Cañuela: en la base del cilindro se localiza la cañuela, la cual es un canal semicircular en concreto de 3.000 psi, encargado de hacer la transición de flujo entre las tuberías entrantes y el colector saliente, de acuerdo con el régimen de flujo en ellas y las pérdidas de energía ocasionadas por la unión. En la figura Nº5 se indican algunas de las posibles uniones que pueden presentarse en la cañuela. Figura 5 - Posibles Formas de Unión en la Cañuela del Pozo de Inspección.. Fuente: López Cualla Ricardo- elementos de diseño para acueductos y alcantarillados 2ª- edición. 4.2.5. Cámaras de Caída Las cámaras de caída son estructuras utilizadas para realizar la unión de colectores en alcantarillados de alta pendiente, con el objeto de evitar velocidades superiores a la máxima permitida y la posible erosión de la tubería. Su aplicación se ilustra en la figura 6, en donde la pendiente es demasiado fuerte e impide así. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 33.

(34) que los colectores puedan proyectarse paralelamente al terreno, manteniendo profundidades mínimas y cumpliendo con la velocidad máxima. Figura 6 - Localización de las Cámaras de Caída.. Fuente: López Cualla Ricardo- elementos de diseño para acueductos y alcantarillados 2ª- edición. El requerimiento mínimo para el empleo del a cara de caída es que exista una diferencia mayor de 0,75 m entre las cotas de batea de las tuberías entrante y saliente (norma RAS-2000; otras normas indican 1,00 m de diferencia). En este caso, la unión se realiza a través de una bajante ubicada antes de la llegada al cilindro, cuyo diámetro se especifica en la Tabla Nº4. Las demás partes constituyentes del pozo de caída son las que ya indicadas se muestra en la Figura Nº7. A dicha cámara pueden concurrir uno o varios colectores y en ella se puede hacer un cambio de dirección. Tabla 4 - Diámetro de la Cámara de Caída en Función del Diámetro de la Tubería de Entrada.. DIAMETRO DE LA TUBERIA DE ENTRADA. DIAMETRO DEL TUBO DE CAIDA. 8" - 12" (200 mm - 300 mm). 8" (200 mm). 14" - 18" (350 mm - 450 mm). 12" (300 mm). 20" - 36" (500 mm - 900 mm). 16" (400 mm). > 36" (> 900 mm). Estructura Especial. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 34.

(35) Figura 7 - Cámara de Caída.. Fuente: López Cualla Ricardo- elementos de diseño para acueductos y alcantarillados 2ª- edición. La estructura especial utilizada para los diámetros superiores a 36” (900 mm) puede ser una estructura escalonada o en rampa, como se muestra en la Figura Nº8.. 35. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA.

(36) Figura 8 - Cámara de Caída Escalonada.. Fuente: López Cualla Ricardo- elementos de diseño para acueductos y alcantarillados 2ª- edición .. 4.2.6. Normas Generales de Diseño para Alcantarillados La mayor parte de las normas citadas corresponden al “Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico” (RAS, 2000), expedido por el Ministerio de Desarrollo Económico de la Republica de Colombia y de obligatorio cumplimiento en todo proyecto de saneamiento básico en el territorio nacional. Es posible que algunos proyectos tengan que cumplir exigencias mayores, dependiendo de la naturaleza del mismo y de la norma exigida por la entidad prestadora del servicio. 4.2.6.1. Localización de las Tuberías  El trazado de la red de colectores debe seguir la disposición topográfica de las calles del municipio. En algunos casos se permite que pueden trazarse por los andenes, especialmente en los alcantarillados de pequeñas agrupaciones de vivienda (alcantarillados Condominiales). . Se debe dar prioridad a la protección del sistema de acueducto en razón del riesgo de contaminación del agua potable con el agua residual. Las tuberías del alcantarillado sanitario y del acueducto deberán estar localizadas en costados opuestos de la calzada.. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL | CALCULO HIDROSANITARIO Y PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DE LA URBANIZACION VILLA HANNA. 36.